KR20120017423A - LMDOS with self-aligned vertical LD and back drain - Google Patents

LMDOS with self-aligned vertical LD and back drain Download PDF

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KR20120017423A
KR20120017423A KR1020117026971A KR20117026971A KR20120017423A KR 20120017423 A KR20120017423 A KR 20120017423A KR 1020117026971 A KR1020117026971 A KR 1020117026971A KR 20117026971 A KR20117026971 A KR 20117026971A KR 20120017423 A KR20120017423 A KR 20120017423A
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브루스 디. 마천트
다니엘 엠. 킨저
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페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
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Abstract

전계 효과 트랜지스터는 상부면 및 하부면을 가지는 제1 도전형의 반도체 영역을 포함하며, 반도체 영역의 하부면은 기판 상으로 접하여 연장된다. 제2 도전형의 웰 영역들은 반도체 영역 내에 배치된다. 전계 효과 트랜지스터는 웰 영역들 내에 배치되는 제1 도전형의 소스 영역들, 및 각각의 웰 영역 상으로 연장되며 소스 영역들 중 대응하는 하나에 오버랩되는 게이트 전극도 포함한다. 각각의 게이트 전극은 하부의 웰 영역과 게이트 유전체에 의해 절연된다. 제1 도전형의 적어도 하나의 LDD 영역은, 두 개의 인접한 웰 영역들과 접촉하도록, 두 개의 인접한 웰 영역들 사이마다 반도체 영역 내에 배치된다. 싱커 영역은, 반도체 영역의 상부면 및 하부면 사이에서 적어도 하나의 LDD 영역과 수직 방향을 따라 위치하도록, 적어도 하나의 LDD 영역 바로 아래에서 반도체 영역 내에 배치된다.The field effect transistor includes a first conductivity type semiconductor region having an upper surface and a lower surface, and the lower surface of the semiconductor region extends in contact with the substrate. Well regions of the second conductivity type are disposed in the semiconductor region. The field effect transistor also includes source regions of a first conductivity type disposed in the well regions, and a gate electrode extending over each well region and overlapping a corresponding one of the source regions. Each gate electrode is insulated by the underlying well region and the gate dielectric. At least one LDD region of the first conductivity type is disposed in the semiconductor region every two adjacent well regions so as to contact two adjacent well regions. The sinker region is disposed in the semiconductor region directly below the at least one LDD region such that the sinker region is located along the vertical direction with the at least one LDD region between the top and bottom surfaces of the semiconductor region.

Description

자기 정렬된 수직 LDD 및 후면 드레인을 가지는 LDMOS{LDMOS with self aligned vertical LDD and backside drain}LDMOS with self aligned vertical LDD and backside drain

본 발명의 실시예들은 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)들과 같은 전계 효과 트랜지스터들 및 전계 효과 트랜지스터들의 제조 방법들에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to field effect transistors such as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) and methods of manufacturing field effect transistors.

LDMOS(Laterally Diffused MOS) 구조들은 고전압 트랜지스터들에서 널리 이용된다. LDMOS 트랜지스터들은 넓은 주파수 범위, 높은 선형성, 우수한 견고성(ruggedness performance), 및 높은 브레이크다운 전압들을 제공할 수 있다. 종래의 LDMOS 트랜지스터는 반도체 웨이퍼의 표면 부근에, 접촉된 소스 및 드레인 영역들을 가지며, 따라서, 트랜지스터에서의 전류 흐름이 거의 측면 차원(lateral dimension)을 따른다. 대안적인 디자인에서, LDMOS 트랜지스터들은 다이(die)의 후면을 따르는 드레인 콘택들을 갖는다. 후면 드레인을 갖는 LDMOS 트랜지스터들은, 소스, 폴리실리콘 게이트, 저농도 도핑 드레인(lightly doped drain, LDD), 및 싱커(sinker) 영역의 수평적 순서로 배열된 구조를 갖는다. 상기 배열은 큰 소자 사이즈를 가져오는 경향이 있다. 상기 트랜지스터의 드레인 측에서, 상기 LDD 영역은 고전압을 얻기 위해 흔히 측면으로 연장된다. 또한, 상기 싱커 영역은 상기 후면 드레인에 도달하기 위해 충분히 확산될 필요가 있다. 이러한 깊은 확산은 사이드 확산 및 오정렬로 인하여 추가적인 다이 면적을 소모하는 경향이 있다.Lateral Diffused MOS (LDMOS) structures are widely used in high voltage transistors. LDMOS transistors can provide a wide frequency range, high linearity, good ruggedness performance, and high breakdown voltages. Conventional LDMOS transistors have contacted source and drain regions near the surface of the semiconductor wafer, so that the current flow in the transistor is almost along the lateral dimension. In an alternative design, LDMOS transistors have drain contacts along the backside of the die. LDMOS transistors having a back drain have a structure arranged in a horizontal order of a source, a polysilicon gate, a lightly doped drain (LDD), and a sinker region. This arrangement tends to result in large device sizes. On the drain side of the transistor, the LDD region often extends laterally to obtain a high voltage. In addition, the sinker region needs to be sufficiently diffused to reach the backside drain. This deep diffusion tends to consume additional die area due to side diffusion and misalignment.

따라서, 작은 셀 피치(pitch) 및 우수한 트랜지스터 성능을 가지며, 단순한 제조 공정을 이용하여 형성될 수 있는 LDMOS 구조가 요구된다.Thus, there is a need for an LDMOS structure that has a small cell pitch and good transistor performance and that can be formed using a simple fabrication process.

본 발명의 실시예들에 따라, 다양한 기술들이 LDMOS 트랜지스터들에서 셀 피치 및 온-저항 RDS ( on )을 감소시키기 위해 기술된다. 또한, 본 발명의 실시예들은 단순하며 비용-효율적인 LDMOS 트랜지스터들의 제조 방법을 제공한다.According to embodiments of the present invention, various techniques are described for reducing cell pitch and on-resistance R DS ( on ) in LDMOS transistors. In addition, embodiments of the present invention provide a method for manufacturing a simple and cost-effective LDMOS transistors.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터는 상부면 및 하부면을 가지는 제1 도전형의 반도체 영역을 포함하며, 상기 반도체 영역의 상기 하부면은 기판 상으로 접하여 연장된다. 제2 도전형의 웰 영역들은 상기 반도체 영역 내에 배치된다. 상기 전계 효과 트랜지스터는 상기 웰 영역들 내에 배치되는 제1 도전형의 소스 영역들, 및 각각의 상기 웰 영역 상으로 연장되며 상기 소스 영역들 중 대응하는 하나에 오버랩되는 게이트 전극도 포함한다. 각각의 상기 게이트 전극은 하부의 상기 웰 영역과 게이트 유전체에 의해 절연된다. 제1 도전형의 적어도 하나의 LDD 영역은, 두 개의 인접한 상기 웰 영역들과 접촉하도록, 두 개의 인접한 상기 웰 영역들 사이마다 상기 반도체 영역 내에 배치된다. 싱커(sinker) 영역은, 상기 반도체 영역의 상기 상부면 및 상기 하부면 사이에서 상기 적어도 하나의 LDD 영역과 수직 방향을 따라 위치하도록, 상기 적어도 하나의 LDD 영역 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 배치된다. 상기 싱커 영역은 상기 적어도 하나의 LDD 영역보다 높은 도펀트 농도를 가진다.According to an embodiment of the present invention, the field effect transistor includes a first conductive semiconductor region having an upper surface and a lower surface, wherein the lower surface of the semiconductor region extends in contact with the substrate. Well regions of the second conductivity type are disposed in the semiconductor region. The field effect transistor also includes source regions of a first conductivity type disposed in the well regions, and a gate electrode extending over each well region and overlapping a corresponding one of the source regions. Each of the gate electrodes is insulated by the gate region and the well region below. At least one LDD region of the first conductivity type is disposed in the semiconductor region every two adjacent well regions so as to contact two adjacent well regions. A sinker region is disposed in the semiconductor region directly below the at least one LDD region such that it is positioned along the vertical direction between the upper and lower surfaces of the semiconductor region. The sinker region has a higher dopant concentration than the at least one LDD region.

일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 LDD 영역은, 상기 게이트 전극들 사이에 배치되어 상기 게이트 전극들에 자기-정렬(self-align)된다.In one embodiment, the at least one LDD region is disposed between the gate electrodes and self-aligned to the gate electrodes.

다른 실시예에서, 상기 싱커 영역은, 상기 반도체 영역의 상기 상부면에 도달하지 않도록 상기 반도체 영역 내에 완전히 임베딩된다.In another embodiment, the sinker region is fully embedded within the semiconductor region so as not to reach the top surface of the semiconductor region.

다른 실시예에서, 상기 반도체 영역은 두 개 이상의 에피텍셜(epitaxial)층들을 포함한다.In another embodiment, the semiconductor region includes two or more epitaxial layers.

다른 실시예에서, 상기 반도체 영역은, 다른 도펀트 농도들을 가지는 상부 에피텍셜층 및 하부 에피텍셜층을 포함한다.In another embodiment, the semiconductor region includes an upper epitaxial layer and a lower epitaxial layer having different dopant concentrations.

다른 실시예에서, 상기 싱커 영역의 일부는 상기 게이트 전극의 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 측면으로 연장된다.In another embodiment, a portion of the sinker region extends laterally in the semiconductor region directly below the gate electrode.

다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 LDD 영역은 상부 LDD 영역을 형성하고, 상기 전계 효과 트랜지스터는, 상기 상부 LDD 영역의 바로 아래 및 상기 싱커 영역의 바로 위에서 상기 반도체 영역 내에 배치된 제1 도전형의 하부 LDD 영역을 더 포함한다.In another embodiment, the at least one LDD region forms an upper LDD region, and the field effect transistor is of a first conductivity type disposed in the semiconductor region directly below the upper LDD region and directly above the sinker region. It further includes a lower LDD region.

다른 실시예에서, 상기 하부 LDD 영역은 상기 상부 LDD 영역보다 높은 도펀트 농도를 가지며, 상기 게이트 전극들 사이에 배치되어 상기 게이트 전극들에 자기-정렬된다.In another embodiment, the lower LDD region has a higher dopant concentration than the upper LDD region and is disposed between the gate electrodes and self-aligned to the gate electrodes.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터는, 상부면 및 하부면을 가지는 제1 도전형의 반도체 영역을 포함하며, 상기 반도체 영역의 상기 하부면은 기판 상으로 접하여 연장된다. 제2 도전형의 웰 영역은 상기 반도체 영역 내에 배치되며, 상기 웰 영역 내에 제1 도전형의 소스 영역이 배치된다. 상기 전계 효과 트랜지스터는 상기 웰 영역 상으로 연장되며 상기 소스 영역에 오버랩되는 게이트 전극도 포함하며, 상기 게이트 전극은 상기 웰 영역과 게이트 유전체에 의해 절연된다. 제1 도전형의 상부 LDD 영역은, 상기 웰 영역과 인접하고 접촉하여 상기 반도체 영역 내에 배치되고, 제1 도전형의 하부 LDD 영역은, 상기 상부 LDD과 접촉하여 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 배치된다. 상기 상부 LDD 영역 및 상기 하부 LDD 영역 모두는 상기 게이트 전극에 자기-정렬된다. 또한, 싱커 영역은 상기 반도체 영역의 상기 상부면 및 상기 하부면 사이에서 상기 상부 및 하부 LDD 영역들과 수직 방향을 따라 위치하도록, 상기 하부 LDD 영역과 접촉하여 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 배치된다. 일 실시예에서, 상기 싱커 영역은 상기 상부 및 하부 LDD 영역들보다 높은 도펀트 농도를 가진다. According to another embodiment of the present invention, the field effect transistor includes a first conductive semiconductor region having an upper surface and a lower surface, wherein the lower surface of the semiconductor region extends in contact with the substrate. A second conductivity type well region is disposed in the semiconductor region, and a source region of the first conductivity type is disposed in the well region. The field effect transistor also includes a gate electrode extending over the well region and overlapping the source region, wherein the gate electrode is insulated by the well region and a gate dielectric. An upper LDD region of a first conductivity type is disposed in the semiconductor region adjacent to and in contact with the well region, and a lower LDD region of the first conductivity type is disposed in the semiconductor region immediately below and in contact with the upper LDD. . Both the upper LDD region and the lower LDD region are self-aligned to the gate electrode. In addition, a sinker region is disposed in the semiconductor region immediately below and in contact with the lower LDD region such that it is located in a vertical direction between the upper and lower LDD regions between the upper and lower surfaces of the semiconductor region. In one embodiment, the sinker region has a higher dopant concentration than the upper and lower LDD regions.

상기 전계 효과 트랜지스터의 일 실시예에서, 상기 싱커 영역은, 상기 반도체 영역의 상기 상부면에 도달하지 않도록 상기 반도체 영역 내에 완전히 임베딩된다.In one embodiment of the field effect transistor, the sinker region is fully embedded within the semiconductor region so as not to reach the top surface of the semiconductor region.

다른 실시예에서, 상기 반도체 영역은 상부 에피텍셜층 및 하부 에피텍셜층을 포함하고, 상기 상부 에피텍셜층은 상기 하부 에피텍셜층보다 낮은 도핑 농도를 가지고, 상기 하부 에피텍셜층은 상기 기판보다 낮은 도핑 농도를 가진다.In another embodiment, the semiconductor region includes an upper epitaxial layer and a lower epitaxial layer, wherein the upper epitaxial layer has a lower doping concentration than the lower epitaxial layer, and the lower epitaxial layer is lower than the substrate. Has a doping concentration.

다른 실시예에서, 상기 싱커 영역은 상기 하부 및 상부 에피텍셜층들 모두를 통해 연장되며, 상기 하부 및 상부 LDD 영역들 모두는 상기 상부 에피텍셜층 내로만 연장된다.In another embodiment, the sinker region extends through both the lower and upper epitaxial layers, and both the lower and upper LDD regions extend only into the upper epitaxial layer.

다른 실시예에서, 상기 싱커 영역의 일부는 상기 게이트 전극의 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 측면으로 연장된다.In another embodiment, a portion of the sinker region extends laterally in the semiconductor region directly below the gate electrode.

본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 먼저, 상부면 및 하부면을 가지는 제1 도전형의 반도체 영역이 형성되며, 상기 반도체 영역의 상기 하부면은 기판 상으로 접하여 연장된다. 상기 반도체 영역은 제1 도전형의 싱커 영역을 포함한다. 상기 방법은, 반도체 영역 상에 게이트 전극들을 형성하는 단계, 상기 반도체 영역 내에 제2 도전형의 웰 영역들을 형성하는 단계, 및 상기 웰 영역들 내에 제1 도전형의 소스 영역들을 형성하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 LDD 영역이 두 개의 인접한 상기 웰 영역들과 접촉하도록, 두 개의 인접한 상기 웰 영역들 사이마다 상기 반도체 영역 내에 형성된다.According to an alternative embodiment of the present invention, a method of manufacturing a field effect transistor includes the following steps. First, a first conductive semiconductor region having an upper surface and a lower surface is formed, and the lower surface of the semiconductor region extends in contact with the substrate. The semiconductor region includes a sinker region of a first conductivity type. The method includes forming gate electrodes on a semiconductor region, forming well regions of a second conductivity type in the semiconductor region, and forming source regions of a first conductivity type in the well regions. do. At least one LDD region is formed in the semiconductor region every two adjacent well regions such that at least one LDD region contacts the two adjacent well regions.

상기 방법의 일 실시예에서, 상기 싱커 영역은, 상기 반도체 영역의 상기 상부면에 도달하지 않도록 상기 반도체 영역 내에 완전히 임베딩된다.In one embodiment of the method, the sinker region is fully embedded within the semiconductor region so as not to reach the upper surface of the semiconductor region.

다른 실시예에서, 상기 반도체 영역은 두 개 이상의 에피텍셜층을 포함한다.In another embodiment, the semiconductor region includes two or more epitaxial layers.

다른 실시예에서, 상기 반도체 영역을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 제1 도전형의 하부 에피텍셜층을 형성하는 단계, 임플란트(impalnt) 영역을 형성하기 위해 상기 하부 에피텍셜층 내로 제1 도전형의 도펀트들을 선택적으로 임플란트하는 단계, 상기 하부 에피텍셜층 위에 제1 도전형의 상부 에피텍셜층을 형성하는 단계, 및 상기 임플란트 영역 내의 도펀트들이 상기 상부 에피텍셜층 내로 확산되고, 상기 임플란트 영역 및 외부-확산(out-diffused) 영역이 함께 상기 싱커 영역을 형성하도록 온도 사이클을 수행하는 단계를 포함한다.In another embodiment, the forming of the semiconductor region may include forming a lower epitaxial layer of a first conductivity type on the substrate, and forming a first conductive layer into the lower epitaxial layer to form an implant region. Selectively implanting dopants of a type, forming an upper epitaxial layer of a first conductivity type over the lower epitaxial layer, and dopants in the implant region are diffused into the upper epitaxial layer, the implant region and Performing a temperature cycle such that the out-diffused regions together form the sinker region.

다른 실시예에서, 상기 상부 에피텍셜층은 상기 하부 에피텍셜층보다 낮은 도핑 농도를 가지고, 상기 하부 에피텍셜층은 상기 기판보다 낮은 도핑 농도를 가진다.In another embodiment, the upper epitaxial layer has a lower doping concentration than the lower epitaxial layer, and the lower epitaxial layer has a lower doping concentration than the substrate.

다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 LDD 영역을 형성하는 단계는, 인접한 두 개의 상기 웰 영역들 사이마다 형성된 상기 적어도 하나의 LDD 영역이 대응하는 상기 게이트 전극들에 자기-정렬되도록, 상기 게이트 전극들을 마스크로 이용하여 상기 반도체 영역 내에 제1 도전형의 도펀트들을 임플란트하는 단계를 포함한다.In another embodiment, forming the at least one LDD region may include forming the gate electrodes such that the at least one LDD region formed between two adjacent well regions is self-aligned with corresponding gate electrodes. Implanting dopants of a first conductivity type into the semiconductor region using as a mask.

다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 LDD 영역을 형성하는 단계는, 상기 반도체 영역 내에 상부 LDD 영역을 형성하기 위해, 상기 게이트 전극들을 마스크로 이용하여 제1 도전형의 도펀트들을 임플란트하는 단계, 및 상기 반도체 영역 내에 하부 LDD 영역을 형성하기 위해, 상기 게이트 전극들을 마스크로 이용하여 제1 도전형의 도펀트들을 임플란트하는 단계를 포함한다. 상기 하부 LDD 영역은 상기 싱커 영역과 접촉하며 바로 위에 놓이고, 상기 상부 LDD 영역은 상기 하부 LDD 영역과 접촉하며 바로 위에 놓인다. 일부 실시예들에서, 상기 싱커 영역은 상기 하부 LDD 영역보다 높은 도핑 농도를 가지며, 상기 하부 LDD 영역은 상기 상부 LDD 영역보다 높은 도핑 농도를 가진다.In another embodiment, forming the at least one LDD region may include implanting dopants of a first conductivity type using the gate electrodes as a mask to form an upper LDD region in the semiconductor region, and Implanting dopants of a first conductivity type using the gate electrodes as a mask to form a lower LDD region in a semiconductor region. The lower LDD region is directly over and in contact with the sinker region and the upper LDD region is directly over and in contact with the lower LDD region. In some embodiments, the sinker region has a higher doping concentration than the lower LDD region, and the lower LDD region has a higher doping concentration than the upper LDD region.

본 발명의 다양한 추가적 특징들 및 이점들은 아래의 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조로 더욱 이해될 것이다.Various additional features and advantages of the invention will be further understood with reference to the following detailed description and the accompanying drawings.

본 발명에 따르면, 작은 셀 피치 및 우수한 트랜지스터 성능을 가지며, 단순한 제조 공정을 이용하여 형성될 수 있는 LDMOS 구조가 제공된다.According to the present invention, there is provided an LDMOS structure having a small cell pitch and excellent transistor performance, which can be formed using a simple fabrication process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDMOS 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LDMOS 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 일 실시예에 따라, 수직적으로 적층된 LDD 및 싱커 영역들에 의해 특성화된 LDMOS 트랜지스터를 제조하는 개략적인 공정 흐름을 도시하는 개략적인 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LDMOS 트랜지스터의 예시적인 도핑 프로파일을 도시한다.
1 is a schematic cross-sectional view of an LDMOS transistor according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of an LDMOS transistor according to another embodiment of the present invention.
3A-3J are schematic cross-sectional views illustrating a schematic process flow for fabricating an LDMOS transistor characterized by vertically stacked LDD and sinker regions, in accordance with an embodiment of the present invention.
4 shows an exemplary doping profile of an LDMOS transistor according to one embodiment of the invention.

본 발명의 실시예들은 작은 셀 피치 및 낮은 저항 RDS ( on )을 갖는 LDMOS 트랜지스터들에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 하나 이상의 LDD 영역들은 싱커 영역과 함께 수직 적층(stack)으로 배열되며, 상기 LDD 영역(들)은 게이트 전극들에 자기-정렬(self-aligned)된다. 상기 배열은 실질적으로 셀 피치를 감소시킨다: (1) 종래의 LDMOS 트랜지스터들에서 통상적으로 측면적으로 배열되는 LDD 영역(들) 및 싱커 영역을 적층함으로써, 그리고(2) LDD 영역을 자기-정렬 방식으로 형성함으로써, 종래의 LDMOS 디자인들에서 발생되어야 하는 오정렬에 대한 단초(provision)들을 제거함으로써, 셀 피치를 감소시킨다.Embodiments of the present invention relate to LDMOS transistors having a small cell pitch and low resistance R DS ( on ) . In some embodiments of the present invention, one or more LDD regions are arranged in a vertical stack with a sinker region, wherein the LDD region (s) are self-aligned to the gate electrodes. This arrangement substantially reduces the cell pitch: (1) by stacking LDD region (s) and sinker regions that are typically laterally arranged in conventional LDMOS transistors, and (2) self-aligning manner of LDD regions. By reducing the cell pitch by eliminating provisions for misalignment that must occur in conventional LDMOS designs.

일부 실시예들에서, 상기 LDD 영역(들) 및 상기 싱커 영역은 두 개의 게이트 전극들 사이에 형성되며, 두 개의 반쪽 셀들에 의해 공유된다. 상기 LDD 영역(들)은 게이트 전극들 모두에 자기-정렬될 수 있으며, 상기 LDD 영역(들)이 측면적으로보다는 수직적으로 연장되도록 배향됨으로써, 상기 LDD 영역(들)은 상기 게이트 전극들 사이에서 리소그래피 성능에 의해 가능한 최소한의 공간으로 형성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 싱커 영역은 하부 반도체층 내에 먼저 임플란트(implanting)되고, 다음으로 상부 반도체층으로 확산되며, 이어서 하나 이상의 LDD 영역들이 바로 상기 싱커 영역의 상부에서 상기 상부 반도체층 내에 형성된다. 임플란트들 및 열 사이클들은, 감소된 RDS ( on )을 보장하기 위해, 상기 싱크 영역 및 위에 놓인 LDD 영역(들)이 서로 접촉하도록 디자인된다. In some embodiments, the LDD region (s) and the sinker region are formed between two gate electrodes and are shared by two half cells. The LDD region (s) may be self-aligned to all of the gate electrodes, and the LDD region (s) are oriented so as to extend vertically rather than laterally, such that the LDD region (s) are between the gate electrodes. Lithographic performance can be used to create the smallest possible space. In certain embodiments, the sinker region is first implanted into the lower semiconductor layer and then diffused into the upper semiconductor layer, and then one or more LDD regions are formed in the upper semiconductor layer directly on top of the sinker region. . Implants and thermal cycles are designed such that the sink region and the underlying LDD region (s) contact each other to ensure reduced R DS ( on ) .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDMOS 트랜지스터(100)의 개략적인 단면도이다. LDMOS 트랜지스터(100)는 상부면(131) 및 하부면(132)을 가지는 반도체 영역(102)을 포함한다. 반도체 영역(102)의 하부면(132)은 고농도로 도핑된 기판(101) 상으로 접하여 연장된다. 도시된 실시예에서, 반도체 영역(102)은 두 개의 에피텍셜층들, 하부 에피텍셜층(103) 및 상부 에피텍셜층(104)를 포함하지만, 디자인 목표들에 따라, 단 하나 또는 두 개보다 많은 에피텍셜층들이 이용될 수 있다. LDMOS 트랜지스터(100)는 반도체 영역(102) 내로 연장되는 웰 영역들(111), 및 웰 영역들(111) 내로 연장되는 소스 영역들(114) 및 고농도 바디 영역(heavy body region)들(113)을 포함한다. 도시된 예시적인 실시예에서, 기판(101), 반도체 영역(102), 및 소스 영역들(114)은 n-형이고, 웰 영역들(111) 및 고농도 바디 영역들(113)은 p-형이다.1 is a schematic cross-sectional view of an LDMOS transistor 100 according to an embodiment of the present invention. LDMOS transistor 100 includes a semiconductor region 102 having an upper surface 131 and a lower surface 132. The bottom surface 132 of the semiconductor region 102 extends in contact with the heavily doped substrate 101. In the illustrated embodiment, the semiconductor region 102 includes two epitaxial layers, a lower epitaxial layer 103 and an upper epitaxial layer 104, but depending on design goals, more than just one or two. Many epitaxial layers may be used. The LDMOS transistor 100 includes well regions 111 extending into the semiconductor region 102, source regions 114 and heavy body regions 113 extending into the well regions 111. It includes. In the exemplary embodiment shown, the substrate 101, the semiconductor region 102, and the source regions 114 are n-type, and the well regions 111 and the high concentration body regions 113 are p-type. to be.

싱커 영역(105)은 반도체 영역(102) 내에 임베딩(embedding)된다. 하나 이상의 LDD 영역들, 예를 들어 영역들(109, 112)도 반도체 영역(102) 내에 형성되며, 싱커 영역(105) 위에 수직으로 적층된다. 수직 적층은 상기 LDD 영역들이 감소된 저항 및 감소된 셀 피치를 위해 최적화되도록 한다. 특정 실시예에서, 상부 LDD 영역(109)은 게이트 전극들(108)에 자기-정렬되며, 웰 영역들(111)에 인접하며 이에 접촉한다. 제2 하부 LDD 영역(112)을 가지는 실시예들에서, 하부 LDD 영역(112)은 상부 LDD 영역(109) 바로 아래의 반도체 영역(102) 내에 배치되고, 제2 LDD 영역(112)도 게이트 전극들(108)에 자기-정렬된다. 하나의 LDD 영역(109)만을 갖는 실시예들에서, 상기 LDD 영역은 싱커(105)와 직접 접촉한다. 일 실시예에서, 싱커 영역(105)은 두 개의 LDD 영역들(109, 112)보다 높은 도펀트 농도를 가지며, 하부 LDD 영역(112)은 상부 LDD 영역(109)보다 높은 도펀트 농도를 갖는다. 상기 도펀트 프로파일은 낮은 RDS ( on ) 및 높은 브레이크다운(breakdown) 전압을 가져온다.The sinker region 105 is embedded within the semiconductor region 102. One or more LDD regions, for example regions 109 and 112, are also formed in the semiconductor region 102 and are stacked vertically over the sinker region 105. Vertical stacking allows the LDD regions to be optimized for reduced resistance and reduced cell pitch. In a particular embodiment, the upper LDD region 109 is self-aligned to the gate electrodes 108, adjacent to and in contact with the well regions 111. In embodiments having a second lower LDD region 112, the lower LDD region 112 is disposed in the semiconductor region 102 directly below the upper LDD region 109, and the second LDD region 112 is also a gate electrode. Self-aligned to the field 108. In embodiments having only one LDD region 109, the LDD region is in direct contact with the sinker 105. In one embodiment, the sinker region 105 has a higher dopant concentration than the two LDD regions 109 and 112, and the lower LDD region 112 has a higher dopant concentration than the upper LDD region 109. The dopant profile results in low R DS ( on ) and high breakdown voltage.

LDMOS 트랜지스터(100)는 반도체 영역(102) 상으로 연장되는 게이트 전극들(108)을 갖는다. 각각의 게이트 전극(108)의 일 면은 소스 영역(114)이 측면에 배치되고, 타 면은 LDD 영역(109)이 측면에 배치된다. 게이트 전극들(108)은 웰 영역들(111) 상으로 연장되며, 소스 영역들(114) 및 LDD 영역(109)과 오버랩된다. 또한, 게이트 전극들(108)은 게이트 유전층(106)에 의해 하부의 층들로부터 절연된다. 게이트 전극들(108)을 상부의 소스 연결층(116)으로부터 절연시키기 위해, 다른 유전층(115)이 게이트 전극들(108) 위에 형성될 수 있다.LDMOS transistor 100 has gate electrodes 108 extending over semiconductor region 102. One side of each gate electrode 108 has a source region 114 disposed on the side, and the other side has an LDD region 109 disposed on the side. The gate electrodes 108 extend over the well regions 111 and overlap the source regions 114 and the LDD region 109. In addition, gate electrodes 108 are insulated from underlying layers by gate dielectric layer 106. Another dielectric layer 115 may be formed over the gate electrodes 108 to insulate the gate electrodes 108 from the top source connection layer 116.

소스 연결층(116)(예컨대, 금속을 포함)이 유전층(115) 상에 형성되고, 소스 영역들(114) 및 고농도 바디 영역들(113)과 접촉한다. 드레인 연결층(117)은 트랜지스터(100)의 후면을 따라 기판(101)과 접촉한다. 트랜지스터 동작 중에, 전류의 적어도 일부가 상부 및 하부 LDD 영역들 및 싱커 영역을 통해 흐른다. Source connection layer 116 (eg, including metal) is formed on dielectric layer 115 and is in contact with source regions 114 and high concentration body regions 113. The drain connection layer 117 is in contact with the substrate 101 along the rear surface of the transistor 100. During transistor operation, at least a portion of the current flows through the upper and lower LDD regions and the sinker region.

도 2는 도 1의 LDMOS 트랜지스터의 반쪽-셀 대표도를 도시하며, 그 외에는 도 1의 구조와 동일하다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 구조물의 많은 변경들이 가능하다. 예를 들어, 목적하는 브레이크다운 전압 및 RDS( on )에 따라, 두 개보다 많은 LDD 영역들이 상기 싱커 영역 상에 형성될 수 있다. 이러한 추가의 LDD 영역들은 상기 게이트 전극들에 자기-정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 싱커 영역도 상기 게이트 전극에 자기 정렬된 이온 임플란트를 이용하여 형성될 수 있다. 다른 대안들 및 변형들이 물론 있을 수 있으며, 일부는 아래에서 논의된다.FIG. 2 shows a half-cell representation of the LDMOS transistor of FIG. 1, except for the same structure as that of FIG. 1. According to embodiments of the invention, many variations of the structure shown in FIGS. 1 and 2 are possible. For example, more than two LDD regions may be formed on the sinker region, depending on the desired breakdown voltage and R DS ( on ) . These additional LDD regions may be self-aligned to the gate electrodes. In some embodiments, the sinker region may also be formed using an ion implant self-aligned to the gate electrode. There may of course be other alternatives and variations, some of which are discussed below.

도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2에 도시된 LDMOS 트랜지스터를 제조하는 개략적인 공정 흐름을 도시하는 단면도들이다. 도 3a에서, 반도체 영역(302)은 n-형 기판(301) 상에 형성된다. 기판(301)은 바람직하게는 고농도로 도핑된다. 고농도로 도핑된 기판들은 종래의 기술들을 이용하여 형성될 수 있으며, 또는 상업적으로 이용가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반도체 영역(302)도 n-형이다. 반도체 영역(302)은 하나의 연속적인 층(예컨대, 하나의 에피텍셜층)이거나 다수의 에피텍셜층들을 포함할 수 있다. 반도체 영역(302)이 다수의 에피텍셜층들을 포함하는 경우, 각각의 에피텍셜층은 디자인 목표들에 따라, 서로 다른 도핑 농도를 가질 수 있다.3A-3J are cross-sectional views illustrating schematic process flows for manufacturing the LDMOS transistor shown in FIG. 2, in accordance with an embodiment of the present invention. In FIG. 3A, the semiconductor region 302 is formed on the n-type substrate 301. The substrate 301 is preferably heavily doped. Highly doped substrates may be formed using conventional techniques, or may be commercially available. In some embodiments, the semiconductor region 302 is also n-type. The semiconductor region 302 may be one continuous layer (eg, one epitaxial layer) or may include multiple epitaxial layers. If semiconductor region 302 includes multiple epitaxial layers, each epitaxial layer may have a different doping concentration, depending on design goals.

반도체 영역(302) 내에 임베딩된 고농도로 도핑된 싱커 영역(305)은 종래의 임플란트 기술들을 이용하여 형성될 수 있다. 싱커 영역(305)은 반도체 영역(302) 내에 포함된 여러 개의 에피텍셜층들을 가로질러 연장될 수 있다. 도시된 실시예에서, 싱커 영역(305)은 하부 에피텍셜층(303) 및 상부 에피텍셜층(304) 모두의 내에서 연장된다. 하드 마스크(미도시)가 목적하는 임플란트 및 싱커 영역(305)의 형성을 얻기 위해 사용될 수 있다.The heavily doped sinker region 305 embedded in the semiconductor region 302 may be formed using conventional implant techniques. The sinker region 305 may extend across several epitaxial layers included in the semiconductor region 302. In the illustrated embodiment, the sinker region 305 extends within both the lower epitaxial layer 303 and the upper epitaxial layer 304. Hard masks (not shown) may be used to obtain the formation of the desired implant and sinker regions 305.

특정 실시예에서, 하부 에피텍셜층(303)이 먼저 기판(301) 상에 형성된다. 싱커 영역(305)을 형성하기 위해, n-형 도펀트들을 하부 에피텍셜층(303)의 소정 영역들 내로 임플란트하기 위하여 마스킹된 임플란트 단계가 수행된다. 다음으로, 상부 에피텍셜층(304)이 하부 에피텍셜층(303) 상에 형성된다. 대안적인 실시예에서, 상기 싱커 임플란트 단계는 에피텍셜층들(303, 304) 모두가 형성된 후에 수행될 수 있다. 이 경우, 원하는 깊이에 상기 싱커 영역을 위치하게 하기 위해 더 높은 임플란트 에너지가 사용될 수 있다. 싱커 도펀트들이 상부 에피텍셜층(304)으로 확산되도록 하고, n+ 기판(301)으로부터의 도펀트들이 하부 에피텍셜층(303)으로 확산되도록 하기 위해, 어닐링(annealing) 단계가 상기 임플란트 단계 후에 이어질 수 있다. 상기 어닐링 단계는 전기적 저항을 감소시키는 도펀트 분포를 가져오고, 상기 임플란트 단계들 중에 상기 에피텍셜층들에 발생하는 구조적 손상도 치유한다. 상기 싱커 영역 및 다양한 LDD 영역들을 형성하기 위한 임플란트 도펀트 유형, 농도 및 임플란트 에너지뿐 아니라 온도 사이클들도 최종 구조를 보장하도록 디자인될 수 있으며, 싱커 영역(305)은 하부 LDD 영역(312)과 접촉하고, 하부 LDD 영역(312)은 상부 LDD 영역(309)과 접촉하여, 낮은 RDS ( on )을 보장한다.In a particular embodiment, lower epitaxial layer 303 is first formed on substrate 301. To form the sinker region 305, a masked implant step is performed to implant the n-type dopants into certain regions of the lower epitaxial layer 303. Next, an upper epitaxial layer 304 is formed on the lower epitaxial layer 303. In an alternative embodiment, the sinker implant step may be performed after both epitaxial layers 303 and 304 are formed. In this case, higher implant energy may be used to position the sinker region at the desired depth. In order to allow the sinker dopants to diffuse into the upper epitaxial layer 304 and to allow the dopants from the n + substrate 301 to diffuse into the lower epitaxial layer 303, an annealing step may follow after the implant step. . The annealing step results in a dopant distribution that reduces electrical resistance and also heals structural damage to the epitaxial layers during the implant steps. Implant dopant type, concentration and implant energy to form the sinker region and various LDD regions, as well as temperature cycles, can be designed to ensure final structure, the sinker region 305 being in contact with the lower LDD region 312 and The lower LDD region 312 contacts the upper LDD region 309 to ensure a low R DS ( on ) .

다음으로, 도 3b에 도시된 것과 같이, 게이트 유전층(306)이 상부 에피텍셜층(304) 상에 형성된다. 게이트 유전층(306)은 알려진 기술, 예컨대 게이트 유전체 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 게이트 유전층(306)은 상부 에피텍셜층(304)을 산화 분위기에 노출시킴으로써 형성된다. 다음으로, 폴리실리콘층(307)이 게이트 유전층(306) 상에 형성된다. 다음으로, 폴리실리콘층(307)은 도 3c에 도시된 것과 같이 게이트 전극(308)을 형성하기 위해 선택적으로 제거된다. 선택적으로, 상기 게이트 전극을 후속의 공정 단계들에 노출시키지 않고 밀봉하기 위해, 제2 절연층(320)이 게이트 전극(320) 상에 형성될 수 있다. 절연층(320)은 예를 들어, 폴리실리콘 게이트(308)를 산화시킴으로써 형성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 상기 게이트 전극을 패터닝하기 전에 상기 폴리실리콘층 상에 실리사이드(silicide)층이 형성될 수 있다. Next, as shown in FIG. 3B, a gate dielectric layer 306 is formed on the upper epitaxial layer 304. Gate dielectric layer 306 may be formed using known techniques, such as a gate dielectric process. In one embodiment, gate dielectric layer 306 is formed by exposing top epitaxial layer 304 to an oxidizing atmosphere. Next, a polysilicon layer 307 is formed on the gate dielectric layer 306. Next, the polysilicon layer 307 is selectively removed to form the gate electrode 308 as shown in FIG. 3C. Optionally, a second insulating layer 320 may be formed on the gate electrode 320 to seal the gate electrode without exposing it to subsequent processing steps. Insulating layer 320 may be formed, for example, by oxidizing polysilicon gate 308. In an alternate embodiment, a silicide layer may be formed on the polysilicon layer prior to patterning the gate electrode.

도 3d는 상부 LDD 영역(309)의 형성을 도시한다. 게이트 전극(308)의 형성 후, 상부 에피텍셜층(304)에는 상부 LDD 영역(309)을 형성하기 위한 도펀트들이 마스크층을 사용하지 않고 임플란트된다. 따라서, 상부 LDD 영역(309)은 게이트 전극(308)에 자기-정렬된다. 마스크가 사용되지 않기 때문에, 도펀트들은 게이트 전극(308)의 양 측면들 모두에 임플란트된다. 그러나, 후속의 p-웰 및 소스 임플란트들은 게이트 전극(308)의 소스 측에 대해 본 단계에서 임플란트된 도펀트들을 보상할 것이다. 일 실시예에서, 사용된 LDD 도펀트는 약 4E12 ions/cm2의 도즈(dose)로 임플란트된 비소(arsenic)이고, 사용된 임플란트 에너지는 약 120 KeV이다. 대안적인 실시예에서, 게이트(308)의 소스 측이 도펀트들에 노출되는 것을 방지하기 위해 마스크층이 사용될 수 있다.3D shows the formation of the upper LDD region 309. After formation of the gate electrode 308, dopants for forming the upper LDD region 309 are implanted in the upper epitaxial layer 304 without using a mask layer. Thus, the upper LDD region 309 is self-aligned to the gate electrode 308. Since no mask is used, dopants are implanted on both sides of the gate electrode 308. However, subsequent p-well and source implants will compensate for the dopants implanted in this step with respect to the source side of the gate electrode 308. In one embodiment, the LDD dopant used is arsenic implanted with a dose of about 4E12 ions / cm 2 , and the implant energy used is about 120 KeV. In an alternate embodiment, a mask layer may be used to prevent the source side of gate 308 from being exposed to dopants.

도 3e에서, 마스크층(310)이 게이트 전극(308)의 드레인 측을 가리기 위해 사용되며, p-형 웰 영역(311)을 형성하기 위해 다른 임플란트 단계가 수행된다. 다음으로 웰 드라이브-인(drive-in)이 수행된다. 많은 알려진 기술들 중 하나가 상기 웰 임플란트 및 드라이브-인에 이용될 수 있다. 상부 LDD 영역(309)이 웰 영역(311)을 형성한 후 형성될 수 있음을 유의한다. 도 3f에서, 마스크층(322)(도 3e의 웰 임플란트를 위해 사용된 마스크층과 동일할 수 있음)이 n-형 소스 영역(314)을 형성하기 위한 소스 임플란트 공정 중에 게이트 전극(308)의 드레인 측을 덮기 위해 사용된다. 상기 소스 영역은 알려진 기술들을 이용하여, 비소 또는 인으로 고농도로 도핑된다.In FIG. 3E, mask layer 310 is used to cover the drain side of gate electrode 308, and another implant step is performed to form p-type well region 311. Well drive-in is then performed. One of many known techniques can be used for the well implant and drive-in. Note that the upper LDD region 309 may be formed after forming the well region 311. In FIG. 3F, the mask layer 322 (which may be the same as the mask layer used for the well implant of FIG. 3E) may be used to form the gate electrode 308 during the source implant process to form the n-type source region 314. Used to cover the drain side. The source region is heavily doped with arsenic or phosphorus using known techniques.

도 3g에서, 마스크없이 하부 LDD 영역(312)을 형성하기 위한 LDD 임플란트가 수행된다. 따라서, 하부 LDD 영역은 게이트 전극(308)에 자기-정렬된다. 하부 LDD 영역(312)은 상부 LDD 영역(309)보다 더 높은 도펀트 농도를 가지며, 더 높은 에너지로 임플란트된다. 상부 및 하부 LDD 영역들(309, 312)은, 상부 및 하부 LDD 영역들(309, 312) 및 싱커 영역(305) 모두가 도시된 것과 같이 수직 적층을 형성하도록 형성된다. 일 실시예에서, 하부 LDD 영역(312)은 약 2.7E13 ions/cm2의 도즈 및 약 170 KeV의 에너지의 인으로 형성된다. 대안적인 실시예에서, 하부 LDD 영역(312)은, 필요한 경우, 상기 LDD 도펀트들이 게이트 전극(308)의 소스 측 내로 들어가는 것을 방지하는 마스크를 사용하여 형성될 수도 있다.In FIG. 3G, an LDD implant is performed to form the lower LDD region 312 without a mask. Thus, the lower LDD region is self-aligned to the gate electrode 308. Lower LDD region 312 has a higher dopant concentration than upper LDD region 309 and is implanted with higher energy. Upper and lower LDD regions 309 and 312 are formed such that both upper and lower LDD regions 309 and 312 and sinker region 305 form a vertical stack, as shown. In one embodiment, lower LDD region 312 is formed with a phosphorus of about 2.7E13 ions / cm 2 and an energy of about 170 KeV. In an alternate embodiment, lower LDD region 312 may be formed using a mask to prevent the LDD dopants from entering the source side of gate electrode 308, if desired.

일 실시예에서, 상기 기판은 인으로 고농도로 도핑되고, 상기 하부 에피텍셜층은 비소로 도핑되며, 도펀트들의 상기 기판으로부터의 상부-확산을 제어하기 위한 캡핑층으로 제공된다. 상기 실시예에서, 상기 싱커 영역 및 상기 상부 LDD 영역은 비소 도펀트들을 이용하여 형성되고, 상기 하부 LDD 영역은 인을 이용하여 형성된다. 상기 LDD 영역들의 과도한 측면 확산 없이, RDS ( on )을 최소화하기 위해, 적절한 열 사이클들과 함께, 적절한 도펀트 농도들 및 에너지들과 도펀트 유형들의 조합은, 상기 싱커 영역 및 상기 상부와 하부 LDD 영역들이 서로 접촉되게 한다.In one embodiment, the substrate is heavily doped with phosphorus, the lower epitaxial layer is arsenic doped, and serves as a capping layer for controlling the top-diffusion of dopants from the substrate. In the above embodiment, the sinker region and the upper LDD region are formed using arsenic dopants, and the lower LDD region is formed using phosphorus. In order to minimize R DS ( on ) without excessive lateral diffusion of the LDD regions, the appropriate dopant concentrations and combinations of energies and dopant types, together with appropriate thermal cycles, are used in the sinker region and the upper and lower LDD regions. Let them touch each other.

다음으로, 도 3h에서, 고농도의 바디 도펀트들이 바디 영역(311)으로 임플란트되어 고농도 바디 영역(313)을 형성하도록 하는 윈도우를 정의하기 위해, 마스크층(324)이 사용된다. 도 3i에서, 유전층(315)이 종래의 기술을 이용하여 게이트 전극(308) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 유전층(315)은 BPSG를 포함한다. 도 3j에서, 유전층(315)의 일부가 제거되고, 소스 영역(314)을 통해 연장되며 고농도 바디 영역(313) 내에서 종단되는 고농도 바디 리세스(recess)가 알려진 기술들을 이용하여 형성된다. 다음으로, 종래의 방법들을 이용하여 소스 연결층(316)이 유전층(315) 상에 형성된다. 소스 연결층(316)은 소스 영역(314) 및 고농도 바디 영역(313)과 접촉한다. 소스 연결층(316)은 알루미늄, 구리, 내열성 금속, 금속 실리사이드, 또는 동종물과 같은 적절한 금속으로 형성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 고농도 바디 영역(313)은, 상기 고농도 바디 리세스가 형성된 후에 상기 고농도 바디 리세스의 하부를 따라 도펀트들을 임플란트함으로써 형성될 수 있다. 마지막으로, 드레인 연결층(317)이 상기 기판의 후면 상에 형성되어, 트랜지스터 구조물이 완성된다.Next, in FIG. 3H, a mask layer 324 is used to define a window that allows high concentration body dopants to be implanted into the body region 311 to form the high concentration body region 313. In FIG. 3I, dielectric layer 315 is formed on gate electrode 308 using conventional techniques. In one embodiment, dielectric layer 315 includes BPSG. In FIG. 3J, a portion of dielectric layer 315 is removed, a high density body recess formed through known source and extending through source region 314 and terminating within high density body region 313. Next, source connection layer 316 is formed on dielectric layer 315 using conventional methods. The source connection layer 316 is in contact with the source region 314 and the high concentration body region 313. The source connection layer 316 may be formed of a suitable metal such as aluminum, copper, heat resistant metal, metal silicide, or the like. In an alternate embodiment, high concentration body region 313 may be formed by implanting dopants along the bottom of the high concentration body recess after the high concentration body recess is formed. Finally, a drain connection layer 317 is formed on the backside of the substrate, completing the transistor structure.

비록 도 3a 내지 도 3j는 LDMOS 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 단계들의 특정 순서(sequence)를 도시하지만, 다른 순서들 또는 단계들도 대안적인 알려진 기술들에 따라 수행될 수 있음을 유의하여야 한다. 또한, 도 3a 내지 도 3j에 도시된 개별 단계들은, 각 개별 단계들에 적합한, 다양한 순서들로 수행될 수 있는 다수의 서브-단계들을 포함할 수 있다. 또한, 특정 디자인에 따라, 추가적 단계들이 추가되거나 제거될 수 있다. 기술 분야의 당업자는 본 개시의 관점에서 많은 변경들, 변형들, 및 대안들을 인식할 것이다.Although FIGS. 3A-3J illustrate a particular sequence of steps for forming an LDMOS field effect transistor, it should be noted that other orders or steps may be performed in accordance with alternative known techniques. In addition, the individual steps shown in FIGS. 3A-3J may include a number of sub-steps that may be performed in various orders, suitable for each individual step. Also, depending on the particular design, additional steps may be added or removed. Those skilled in the art will recognize many variations, modifications, and alternatives in light of the present disclosure.

도 4는 도 3j의 A-A'선에 따른 예시적인 도핑 프로파일을 도시한다. 도 4에서, 좌측으로부터 우측으로의 수평축은 반도체 영역(302)의 상부면으로부터 기판(301)으로의 수직 차원에 대응한다. 상기 상부 에피텍셜층은 약 0.55 ㎛의 깊이까지 연장됨을 알 수 있다. 상기 제2 에피텍셜층은 약 1.5 ㎛의 두께를 가지며, 약 0.55 ㎛의 깊이부터 약 2.05 ㎛의 깊이까지 연장된다. 상기 기판의 일부는 약 2.05 ㎛부터 3.00 ㎛까지 도시된다.4 shows an exemplary doping profile along line AA ′ of FIG. 3J. In FIG. 4, the horizontal axis from left to right corresponds to the vertical dimension from the top surface of the semiconductor region 302 to the substrate 301. It can be seen that the upper epitaxial layer extends to a depth of about 0.55 μm. The second epitaxial layer has a thickness of about 1.5 μm and extends from a depth of about 0.55 μm to a depth of about 2.05 μm. A portion of the substrate is shown from about 2.05 μm to 3.00 μm.

도 4에서, 참조 번호 401은 상부 및 하부 LDD 영역들의 일반적인 위치를 확인하기 위해 사용되며, 참조 번호 402는 상기 싱커 영역의 일반적인 위치를 확인하기 위해 사용된다. 도시된 것과 같이, 상기 싱커 영역은, 싱커 도펀트들이 임플란트된 상기 상부 에피텍셜층의 상부면 근처에서 피크 농도를 갖는다. 후속의 열적 사이클들은 상기 싱커 도펀트들이 상기 상부 에피텍셜층 내로 확산되게 한다. 다양한 열적 사이클들 중에, 고농도로 도핑된 기판(404)으로부터의 도펀트들도 상기 하부 에피텍셜층 내로 확산되어, 도 4에 참조 번호 403으로 표시된 점진적인 도펀트 프로파일을 가져온다. 도 4의 예시적인 도펀트 프로파일은, 원하는 브레이크다운 전압을 유지하면서, 이롭게 트랜지스터 온-저항 RDS( on )을 감소시킨다. 특정 도펀트 프로파일은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 예만을 도시하며, 공정 조건들은 특정 디자인들의 요건을 만족시키기 위해 다양한 영역들의 전기적 저항 및 도펀트 프로파일을 만들기 위해 조정될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 원하는 브레이크다운 전압 및 RDS( on )에 따라, 두 개의 LDD 영역들의 도핑 농도가 조정될 수 있으며, 또는 두 개 대신 하나의 LDD 영역만이 이용될 수 있으며, 또는 대안적으로 두 개 이상의 에피텍셜층들 내에 형성된 세 개 이상의 LDD 영역들이 이용될 수 있다.In FIG. 4, reference numeral 401 is used to identify the general position of the upper and lower LDD regions, and reference numeral 402 is used to identify the general position of the sinker region. As shown, the sinker region has a peak concentration near the top surface of the upper epitaxial layer implanted with sinker dopants. Subsequent thermal cycles cause the sinker dopants to diffuse into the upper epitaxial layer. During various thermal cycles, dopants from the heavily doped substrate 404 also diffuse into the lower epitaxial layer, resulting in a gradual dopant profile, indicated at 403 in FIG. 4. The exemplary dopant profile of FIG. 4 advantageously reduces transistor on-resistance R DS ( on ) while maintaining the desired breakdown voltage. The particular dopant profile shows only a specific example in accordance with one embodiment of the present invention, and it is understood that the process conditions can be adjusted to create various areas of electrical resistance and dopant profile to meet the requirements of specific designs. For example, depending on the desired breakdown voltage and R DS ( on ) , the doping concentration of two LDD regions can be adjusted, or only one LDD region can be used instead of two, or alternatively two Three or more LDD regions formed in the epitaxial layers may be used.

본 발명에 의해 많은 이점들이 실현될 수 있다. 예를 들어, LDD 및 싱커 영역들을 수직 방향으로 적층함으로써, 셀 피치를 감소시키는 것이 가능하며, 따라서 주어진 다이 크기 내에 수용될 수 있는 셀들의 수도 증가한다. 다른 예에서와 같이, LDD 및 싱커 영역들의 도핑 농도들을 조정하는 능력에 의해, 상기 영역들의 전체 저항을 제어하는 것이 가능하다. 이는 또한 트랜지스터에 개선된 스위칭 특성을 제공하는 RDS ( on )을 조정하는 것을 돕는다. 또한, 상술한 실시예들은 게이트 전극들의 드레인 측에 자기-정렬된 LDD 영역들을 제공하며, 따라서 공정의 복잡함 및 비용을 감소시킬 수 있다. 일 특정 실시예에서, 비교되는 종래의 LDMOS 트랜지스터의 2.0-2.2 ㎛로부터 본 발명의 기술들을 이용하여 형성된 LDMOS의 약 1.2 ㎛로의 셀 피치 감소가 얻어졌다.Many advantages can be realized by the present invention. For example, by stacking LDD and sinker regions in the vertical direction, it is possible to reduce the cell pitch, thus increasing the number of cells that can be accommodated within a given die size. As in another example, by the ability to adjust the doping concentrations of the LDD and sinker regions, it is possible to control the overall resistance of the regions. It also helps to adjust R DS ( on ) which provides the transistor with improved switching characteristics. In addition, the above-described embodiments provide self-aligned LDD regions on the drain side of the gate electrodes, thus reducing the complexity and cost of the process. In one particular embodiment, a cell pitch reduction from 2.0-2.2 μm of the conventional LDMOS transistors being compared to about 1.2 μm of LDMOS formed using the techniques of the present invention was obtained.

본 발명의 특정 실시예들의 완전한 기술이 상술되지만, 다양한 변형들, 변경들, 및 대안들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘이 기판 물질의 일 예로서 주어지지만, 다른 물질들이 이용될 수 있다. 또한, 임플란트가 도펀트들의 도입의 예로 주어지지만, 사용되는 적절한 마스크에 따라, 가스 또는 국부적(topical) 도펀트 소스와 같은 다른 도핑 방법들이 확산을 위한 도펀트들을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 도 3a 내지 도 3j에 의해 도시된 공정 순서들은 n-채널 FET들을 위한 것이며, p-채널 FET들을 형성하기 위해 상기 공정 순서들을 변형하는 것은 본 개시의 관점에서 기술 분야의 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 실시예들에 한정되지 않아야하며, 아래의 청구항들에 의해 규정된다.While a complete description of certain embodiments of the invention has been described above, various modifications, changes, and alternatives may be used. For example, while silicon is given as one example of the substrate material, other materials may be used. Also, although an implant is given as an example of introduction of dopants, other doping methods, such as gas or topical dopant sources, may be used to provide dopants for diffusion, depending on the appropriate mask used. In addition, the process sequences shown by FIGS. 3A-3J are for n-channel FETs, and it will be apparent to those skilled in the art in view of the present disclosure to modify the process sequences to form p-channel FETs. . Accordingly, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but is defined by the following claims.

Claims (20)

상부면, 및 기판 상으로 접하여 연장되는 하부면을 가지는 제1 도전형의 반도체 영역;
상기 반도체 영역 내에 배치되는 제2 도전형의 웰 영역들;
상기 웰 영역들 내에 배치되는 제1 도전형의 소스 영역들;
각각의 상기 웰 영역 상으로 연장되고, 상기 소스 영역들 중 대응하는 하나에 오버랩되며, 각각이 하부의 상기 웰 영역과 게이트 유전체에 의해 절연되는 게이트 전극;
두 개의 인접한 상기 웰 영역들과 접촉하도록, 두 개의 인접한 상기 웰 영역들 사이마다 상기 반도체 영역 내에 배치되는 제1 도전형의 적어도 하나의 LDD 영역; 및
상기 반도체 영역의 상기 상부면 및 상기 하부면 사이에서 상기 적어도 하나의 LDD 영역과 수직 방향을 따라 위치하도록, 상기 적어도 하나의 LDD 영역 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 배치되고, 상기 적어도 하나의 LDD 영역보다 높은 도펀트 농도를 가지는 싱커(sinker) 영역을 포함하는 전계 효과 트랜지스터.
A first conductive semiconductor region having an upper surface and a lower surface extending in contact with the substrate;
Well regions of a second conductivity type disposed in the semiconductor region;
Source regions of a first conductivity type disposed in the well regions;
A gate electrode extending over each well region and overlapping a corresponding one of the source regions, each of which is insulated by a gate dielectric with a lower well region;
At least one LDD region of a first conductivity type disposed in the semiconductor region every two adjacent well regions so as to contact two adjacent well regions; And
Disposed in the semiconductor region directly below the at least one LDD region, such that the upper and lower surfaces of the semiconductor region are located in a direction perpendicular to the at least one LDD region; A field effect transistor comprising a sinker region having a high dopant concentration.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 LDD 영역은, 상기 게이트 전극들 사이에 배치되어 상기 게이트 전극들에 자기-정렬(self-align)되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
And wherein the at least one LDD region is disposed between the gate electrodes and self-aligned to the gate electrodes.
제1 항에 있어서,
상기 싱커 영역은, 상기 반도체 영역의 상기 상부면에 도달하지 않도록 상기 반도체 영역 내에 완전히 임베딩되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
And the sinker region is completely embedded in the semiconductor region so as not to reach the upper surface of the semiconductor region.
제1 항에 있어서,
상기 반도체 영역은 두 개 이상의 에피텍셜(epitaxial)층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
And the semiconductor region comprises two or more epitaxial layers.
제4 항에 있어서,
상기 반도체 영역은, 다른 도펀트 농도들을 가지는 상부 에피텍셜층 및 하부 에피텍셜층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
The method of claim 4, wherein
And wherein the semiconductor region comprises an upper epitaxial layer and a lower epitaxial layer having different dopant concentrations.
제1 항에 있어서,
상기 싱커 영역의 일부는, 상기 게이트 전극의 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 측면으로 연장되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
And a portion of the sinker region extends laterally in the semiconductor region directly below the gate electrode.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 LDD 영역은 상부 LDD 영역을 형성하고,
상기 전계 효과 트랜지스터는, 상기 상부 LDD 영역의 바로 아래 및 상기 싱커 영역의 바로 위에서 상기 반도체 영역 내에 배치된 제1 도전형의 하부 LDD 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
The at least one LDD region forms an upper LDD region,
And the field effect transistor further includes a first conductive type lower LDD region disposed in the semiconductor region directly below the upper LDD region and directly above the sinker region.
제7 항에 있어서,
상기 하부 LDD 영역은 상기 상부 LDD 영역보다 높은 도펀트 농도를 가지며, 상기 게이트 전극들 사이에 배치되어 상기 게이트 전극들에 자기-정렬되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
The method of claim 7, wherein
And the lower LDD region has a higher dopant concentration than the upper LDD region and is disposed between the gate electrodes and self-aligned to the gate electrodes.
상부면, 및 기판 상으로 접하여 연장되는 하부면을 가지는 제1 도전형의 반도체 영역;
상기 반도체 영역 내에 배치되는 제2 도전형의 웰 영역;
상기 웰 영역 내에 배치되는 제1 도전형의 소스 영역;
상기 웰 영역 상으로 연장되고, 상기 소스 영역에 오버랩되며, 상기 웰 영역과 게이트 유전체에 의해 절연되는 게이트 전극;
상기 웰 영역과 인접하고 접촉하여 상기 반도체 영역 내에 배치되고, 상기 게이트 전극에 자기-정렬되는 제1 도전형의 상부 LDD 영역;
상기 상부 LDD과 접촉하여 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 배치되고, 상기 게이트 전극에 자기-정렬되는 제1 도전형의 하부 LDD 영역; 및
상기 반도체 영역의 상기 상부면 및 상기 하부면 사이에서 상기 상부 및 하부 LDD 영역들과 수직 방향을 따라 위치하도록, 상기 하부 LDD 영역과 접촉하여 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 배치되고, 상기 상부 및 하부 LDD 영역들보다 높은 도펀트 농도를 가지는 싱커 영역을 포함하는 전계 효과 트랜지스터.
A first conductive semiconductor region having an upper surface and a lower surface extending in contact with the substrate;
A well region of a second conductivity type disposed in the semiconductor region;
A source region of a first conductivity type disposed in the well region;
A gate electrode extending over the well region and overlapping the source region and insulated by the well region and a gate dielectric;
An upper LDD region of a first conductivity type disposed in the semiconductor region adjacent to and in contact with the well region and self-aligned to the gate electrode;
A lower LDD region of a first conductivity type disposed in the semiconductor region immediately below and in contact with the upper LDD and self-aligned to the gate electrode; And
Disposed in the semiconductor region directly below and in contact with the lower LDD region, such that the upper and lower LDD regions are located in a vertical direction between the upper and lower surfaces of the semiconductor region. A field effect transistor comprising a sinker region having a higher dopant concentration than the regions.
제9 항에 있어서,
상기 싱커 영역은, 상기 반도체 영역의 상기 상부면에 도달하지 않도록 상기 반도체 영역 내에 완전히 임베딩되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
10. The method of claim 9,
And the sinker region is completely embedded in the semiconductor region so as not to reach the upper surface of the semiconductor region.
제9 항에 있어서,
상기 반도체 영역은 상부 에피텍셜층 및 하부 에피텍셜층을 포함하고,
상기 상부 에피텍셜층은 상기 하부 에피텍셜층보다 낮은 도핑 농도를 가지고, 상기 하부 에피텍셜층은 상기 기판보다 낮은 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
10. The method of claim 9,
The semiconductor region includes an upper epitaxial layer and a lower epitaxial layer,
The upper epitaxial layer has a lower doping concentration than the lower epitaxial layer, and the lower epitaxial layer has a lower doping concentration than the substrate.
제11 항에 있어서,
상기 싱커 영역은 상기 하부 및 상부 에피텍셜층들 모두를 통해 연장되며, 상기 하부 및 상부 LDD 영역들 모두는 상기 상부 에피텍셜층 내로만 연장되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
The method of claim 11, wherein
And the sinker region extends through both the lower and upper epitaxial layers, and both the lower and upper LDD regions extend only into the upper epitaxial layer.
제9 항에 있어서,
상기 싱커 영역의 일부는 상기 게이트 전극의 바로 아래에서 상기 반도체 영역 내에 측면으로 연장되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.
10. The method of claim 9,
And a portion of the sinker region extends laterally in the semiconductor region directly below the gate electrode.
상부면, 및 기판 상으로 접하여 연장되는 하부면을 가지며, 제1 도전형의 싱커 영역을 포함하는 제1 도전형의 반도체 영역을 형성하는 단계;
상기 반도체 영역 상에 게이트 전극들을 형성하는 단계;
상기 반도체 영역 내에 제2 도전형의 웰 영역들을 형성하는 단계;
상기 웰 영역들 내에 제1 도전형의 소스 영역들을 형성하는 단계; 및
두 개의 인접한 상기 웰 영역들과 접촉하도록, 두 개의 인접한 상기 웰 영역들 사이마다 상기 반도체 영역 내에 적어도 하나의 LDD 영역을 형성하는 단계를 포함하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.
Forming a first conductivity type semiconductor region having an upper surface and a bottom surface extending in contact with the substrate, the semiconductor region comprising a sinker region of a first conductivity type;
Forming gate electrodes on the semiconductor region;
Forming well regions of a second conductivity type in the semiconductor region;
Forming source regions of a first conductivity type in the well regions; And
Forming at least one LDD region in the semiconductor region every two adjacent well regions so as to contact two adjacent well regions.
제14 항에 있어서,
상기 싱커 영역은, 상기 반도체 영역의 상기 상부면에 도달하지 않도록 상기 반도체 영역 내에 완전히 임베딩되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 14,
And the sinker region is completely embedded in the semiconductor region so as not to reach the upper surface of the semiconductor region.
제14 항에 있어서,
상기 반도체 영역은 두 개 이상의 에피텍셜층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 14,
And said semiconductor region comprises at least two epitaxial layers.
제14 항에 있어서,
상기 반도체 영역을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 제1 도전형의 하부 에피텍셜층을 형성하는 단계;
임플란트(impalnt) 영역을 형성하기 위해, 상기 하부 에피텍셜층 내로 제1 도전형의 도펀트들을 선택적으로 임플란트하는 단계;
상기 하부 에피텍셜층 위에 제1 도전형의 상부 에피텍셜층을 형성하는 단계; 및
상기 임플란트 영역 내의 도펀트들이 상기 상부 에피텍셜층 내로 확산되고, 상기 임플란트 영역 및 외부-확산(out-diffused) 영역이 함께 상기 싱커 영역을 형성하도록 온도 사이클을 수행하는 단계를 포함하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 14,
Forming the semiconductor region,
Forming a lower epitaxial layer of a first conductivity type on the substrate;
Selectively implanting dopants of a first conductivity type into the lower epitaxial layer to form an implant region;
Forming an upper epitaxial layer of a first conductivity type on the lower epitaxial layer; And
Fabricating a field effect transistor comprising diffusing dopants in the implant region into the upper epitaxial layer and performing a temperature cycle such that the implant region and the out-diffused region together form the sinker region. Way.
제17 항에 있어서,
상기 상부 에피텍셜층은 상기 하부 에피텍셜층보다 낮은 도핑 농도를 가지고, 상기 하부 에피텍셜층은 상기 기판보다 낮은 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 17,
And wherein the upper epitaxial layer has a lower doping concentration than the lower epitaxial layer, and the lower epitaxial layer has a lower doping concentration than the substrate.
제14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 LDD 영역을 형성하는 단계는,
인접한 두 개의 상기 웰 영역들 사이마다 형성된 상기 적어도 하나의 LDD 영역이 대응하는 상기 게이트 전극들에 자기-정렬되도록, 상기 게이트 전극들을 마스크로 이용하여 상기 반도체 영역 내에 제1 도전형의 도펀트들을 임플란트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 14,
Forming the at least one LDD region,
Implanting dopants of a first conductivity type in the semiconductor region using the gate electrodes as a mask such that the at least one LDD region formed between two adjacent well regions is self-aligned with corresponding gate electrodes. A method of manufacturing a field effect transistor, comprising the step.
제14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 LDD 영역을 형성하는 단계는,
상기 반도체 영역 내에 상부 LDD 영역을 형성하기 위해, 상기 게이트 전극들을 마스크로 이용하여 제1 도전형의 도펀트들을 임플란트하는 단계; 및
상기 반도체 영역 내에 하부 LDD 영역을 형성하기 위해, 상기 게이트 전극들을 마스크로 이용하여 제1 도전형의 도펀트들을 임플란트하는 단계를 포함하고,
상기 하부 LDD 영역은 상기 싱커 영역과 접촉하며 바로 위에 놓이며, 상기 상부 LDD 영역은 상기 하부 LDD 영역과 접촉하며 바로 위에 놓이고,
상기 싱커 영역은 상기 하부 LDD 영역보다 높은 도핑 농도를 가지며, 상기 하부 LDD 영역은 상기 상부 LDD 영역보다 높은 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법.
The method of claim 14,
Forming the at least one LDD region,
Implanting dopants of a first conductivity type using the gate electrodes as a mask to form an upper LDD region in the semiconductor region; And
Implanting dopants of a first conductivity type using the gate electrodes as a mask to form a lower LDD region in the semiconductor region,
The lower LDD region is directly over and in contact with the sinker region, the upper LDD region is directly over and in contact with the lower LDD region,
The sinker region has a higher doping concentration than the lower LDD region, and the lower LDD region has a higher doping concentration than the upper LDD region.
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